叶面喷施易提取球囊霉素相关土壤蛋白对纽荷尔脐橙果实品质和土壤性状的影响

吴会会,李 艳,吴强盛

(1 长江大学园艺园林学院,湖北荆州,434025;2 兴山县特产局,湖北兴山,443711)

柑桔是我国南方广泛种植的果树,根毛相对偏少,因此,高度依赖土壤中的丛枝菌根真菌(AMF)在其根系形成的丛枝菌根共生体帮助获得水分和养分[1]。早期研究已证实,AMF促进了柑桔的营养生长、养分吸收、抗逆性以及果实品质的改善[2]。此外,AMF的根外菌丝衰亡后,释放一种被称为球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)的特殊糖蛋白进入土壤环境中[3]。这种蛋白高度稳定,不溶于水,耐热,纯化后的GRSP包含N(2%～4%)、C(35%～40%)、Si(3.0%～9.7%)、Fe(0.8%～8.8%)、K(1.2%～2.7%)、Ca(0.3%～0.7%)、P(0.03%～0.3%)、Mg(0.3%～0.5%)等[4]。AMF释放的GRSP具有胶结和稳定土壤团聚体、贡献土壤有机碳和改善土壤结构等功能[5]。Liu等[6]尝试了把土壤易提取GRSP组份(EEG)作为一种生物刺激物,在枳实生苗上进行应用,发现外源EEG明显促进了植株生长,这与EEG施入后促进根系生长素合成基因和生长素内流载体蛋白基因表达,进而提高吲哚乙酸含量有关。另一方面,EEG土施也通过提高盆栽枳植株的叶片和根系铁-超氧化物歧化酶活性以及内源脱落酸、茉莉酸甲酯等水平,增强了植株抗旱性。这些结果显示了EEG作为新的生物刺激物在柑桔中具有潜在的应用价值[7]。EEG中包含了对果实品质有益的矿质元素如K、Ca和Si等[4],推测EEG在柑桔果实品质改善中可能具有正效应,但尚缺乏证据。Meng等[8]尝试了叶面喷施EEG于伦晚(晚棱)脐橙和路德红夏橙上,发现尽管EEG并没有改变果实可溶性固形物含量,但增加了固酸比以及维生素C含量,且这种改善效果在伦晚上更突出。转录组分析显示,EEG主要影响了柑桔光合速率、蔗糖和淀粉代谢等[9]。在纽荷尔脐橙上是否仍有这样的效果还不清楚。EEG的叶面喷施使用量大,提取过程中离心非常耗时,那么静置提取的EEG是否也如离心提取的EEG一样具有正效应也不清楚。本研究分析了叶片喷施离心提取和静置提取的EEG对纽荷尔脐橙果实品质和土壤性状的影响,为进一步明确EEG功能提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料和处理供试材料为兴山县特产局柑桔基地(31°35′53″N,110°75′21″E)的7年生枳砧纽荷尔脐橙(Citrussinensis‘Newhall’),树体大小基本一致(冠幅约1.8 m,株高约1.7 m),长势中庸,等高梯地栽培,株距3 m。于2019年8月,对供试材料进行外源EEG喷施处理。EEG的制备分为两种形式:(1)静置提取EEG(S-EEG),即每0.5 g风干土样(来自长江大学柑桔园5～15 cm土层土壤,过4 mm筛)与4 mL 20 mmol/L(pH值7.0)柠檬酸钠缓冲液混合,摇匀,在高温蒸汽(103 kpa、121 ℃)条件下提取30 min,随后室温下静置24 h,直接收集上层澄清液用于叶面喷施;(2)离心提取EEG(C-EEG),即每0.5 g风干土样与4 mL 20 mmol/L(pH值7.0)柠檬酸钠缓冲液混合,摇匀,在高温蒸汽(103 kpa、121 ℃)条件下提取30 min,然后8 000 g/min下离心5 min[10],收集上清液。重复上述的收集程序,直至EEG的用量达到实验所需。收集的EEG被保存在4 ℃下备用,使用前利用柠檬酸钠缓冲液进行稀释1倍[6-8],用于叶面喷施。

本试验共3个处理:叶面喷施S-EEG、C-EEG以及20 mmol/L(pH值7.0)柠檬酸钠缓冲液(对照,CK)。2株为1个小区,每个处理重复5次。每株树喷施1 L(大约使用了80 g土,提取得到大约0.5 L的EEG上清液),只对树冠外围中上部的叶面进行喷施,喷施时几乎没有液体滴落在地下。于8月7日(晴天)、8月16日(晴天)和8月23日(晴天)各进行一次叶面喷施,共3次。于2019年12月4日收获各处理树外围中上部的果实、根系和根际土壤。

1.2 测定方法根系菌根侵染率采用曲利苯蓝乳酸染色法[11]进行测定,土壤孢子密度采用染色法[12]进行测定,土壤菌丝长度依照Bethlenfalvay等[13]的方法进行测定。土壤中的EEG、难提取GRSP(DEG)和总GRSP(TG)均依照Wu等[10]方法进行测定。土壤水稳性团聚体(WSA)的分布采用湿筛法[12]测定,土壤团聚体稳定性采用平均质量直径(MWD)[14]进行估算。

采用游标卡尺测定果实纵横径,使用电子天平测定果肉和果皮的质量,使用GY-4果实硬度计测定果实硬度,采用手持测糖仪(WYT-4)测定可溶性固形物含量,采用色差计(CR10)测定果面L值,参考张志良等[15]方法进行果肉蔗糖、葡萄糖和果糖含量测定。

1.3 统计分析数据的方差分析和多重比较分析均在SAS(8.1)软件中进行,多重比较采用新复极差法检验。

2 结果与分析

2.1 喷施EEG对菌根的影响叶面喷施EEG显著地提高了脐橙根系和土壤菌根的状况,但不同方法制备的EEG的效果存在差异。与CK相比,S-EEG和C-EEG显著提高了根系菌根侵染率,分别提高了7.95倍和1.22倍;显著提高了土壤孢子密度,分别提高了53.5%和45.5%;显著提高了土壤菌丝长度,分别提高了151.7%和441.4%(见表1)。

表1 两种方法制备的EEG叶面喷施对纽荷尔脐橙菌根的影响

2.2 喷施EEG对脐橙果实外观的影响喷布EEG后,纽荷尔脐橙果实外在品质有一定的改善。与CK相比,S-EEG显著地提高了果皮质量、果肉质量、单果质量、纵径和横径,分别提高了11.6%、7.5%、12.2%、5.8%和3.9%,但对果实硬度和果面L值没有显著影响。C-EEG显著提高了果肉质量、单果质量、纵径、硬度和果面L值,分别提高了13.0%、7.8%、4.9%、14.3%和2.0%,但对果皮质量和横径没有显著影响(见表2)。

表2 两种方法制备的EEG叶面喷施后对纽荷尔脐橙果实外在品质的影响

2.3 喷施EEG对果实内质的影响与CK相比,两种方法制备的EEG显著地增加了纽荷尔脐橙果实可溶性固形物、蔗糖、果糖和葡萄糖含量,在S-EEG喷施的条件下分别提高了4.6%、7.1%、13.3%、16.7%,在C-EEG喷施的条件下分别提高了5.8%、7.8%、12.0%、20.6%,其中C-EEG处理的果实葡萄糖含量也显著地高于S-EEG处理的果实(见表3)。

表3 两种方法制备的EEG叶面喷施后对纽荷尔脐橙果实内在品质的影响

2.4 喷施EEG对根际土壤团聚体和球囊霉素相关土壤蛋白的影响叶面喷施EEG显著地影响了土壤水稳性团聚体(WSA)的粒级分布和团聚体的稳定性。与CK相比,叶面喷施S-EEG和C-EEG均显著地增加了WSA在2～4 mm粒级和1～2 mm粒级的分布,叶面喷施C-EEG显著地减少了0.25～0.5 mm粒级的分布;叶面喷施S-EEG和C-EEG均显著地提高了MWD,提高了6.5%～7.8%,两种EEG处理间没有显著差异。与CK相比,叶面喷施S-EEG显著提高了土壤EEG和TG含量,分别提高了39.8%和15.4%,对DEG含量没有显著影响;叶面喷施C-EEG则显著提高了土壤EEG、DEG和TG含量,分别提高了78.0%、35.0%和49.1%。同时,叶面喷施C-EEG处理的土壤EEG、DEG和TG含量均显著高于叶面喷施S-EEG处理(见表4)。

表4 两种方法制备的EEG叶面喷施后对纽荷尔脐橙土壤性状的影响

3 讨论

本研究结果显示,叶面喷施EEG促进了纽荷尔脐橙菌根在根系和土壤中的发育,显示了EEG对菌根的发育具有正的调控作用。其中,C-EEG对土壤菌丝长度的促进作用突出,而S-EEG对根系菌根侵染率的促进作用明显,暗示了两者间存在差异。早期研究已经显示,土施EEG提高了盆栽枳植株的光合速率[7],转录组的结果也显示了EEG影响柑桔的光合作用[9],且EEG中含有碳水化合物[4],可为根系菌根提供更多的碳源,因而改善了菌根的发育,但需要进一步研究来证实。

叶面喷施EEG显著地改善了果实内外品质,包括单果质量、纵横径以及可溶性固形物和糖含量,暗示了两种方法提取的EEG均对果实品质有正调控作用。如前所述,GRSP中含有对果实品质改善有效的K、Ca、Si等元素[4],从而对果实内在品质,特别是糖含量,具有突出的正效应。而且,EEG处理的纽荷尔脐橙菌根发育比CK更好,因此,EEG处理的纽荷尔脐橙能够吸收到更多的土壤养分,也为果实品质的改善提供了保障。此外,EEG还可以改变植物内源生长素的水平[6],从而对果实大小和单果质量有促进作用。两种方法提取的EEG处理之间,只是在果肉质量、果实硬度和果实葡萄糖含量上存在差异,表现为C-EEG的效果优于S-EEG。可以认为,EEG作为生物刺激物为纽荷尔脐橙果实品质的改善提供了一种选择,但是否具有品种的偏好性还有待研究。

土壤GRSP的水平受到土壤、宿主和气候环境等影响[16]。本研究表明,叶片喷施EEG也影响了土壤内在的GRSP水平,其中C-EEG处理对土壤EEG、DEG和TG含量均有提高作用,且显著高于S-EEG处理。这种提高可能源自宿主把更多的光合产物转移到菌根中,促进了菌根向根际释放更多的代谢物,包括GRSP,但这种内在机制有待进一步研究。另一方面,叶面喷施S-EEG和C-EEG均提高了WSA在1～2 mm和2～4 mm粒级的分布,对0.5～1 mm粒级的分布没有影响,C-EEG甚至还抑制了0.25～0.5 mm粒级的分布,暗示了叶面喷施EEG主要是促进了土壤大团聚体的形成,从而改善了土壤团聚体的稳定性。土壤团聚体分布和稳定性的改善可能是叶面喷施EEG提高了土壤GRSP含量以及土壤菌根菌丝长度,使小团聚体胶结为更加稳定的大团聚体。良好的土壤结构和稳定性也是果实品质改善的一个重要原因[17]。

综上所述,两种方法制备的EEG不同程度地促进了纽荷尔脐橙果实品质的改善,这与EEG处理促进了菌根形成以及土壤结构和稳定性是密切相关的。尽管C-EEG呈现了相对突出的改善效果,但在生产中使用EEG的用量大,采用离心的办法会耗费更多时间以及制备成本,而未离心制备的EEG(S-EEG)处理后的效果也明显。因此,生产者可优先考虑使用静置法制备EEG,以用于改善柑桔果实品质。静置只是单纯的沉积,而离心可以把不同沉降系数和浮力密度的物质分离开,因此,两种方法制备的EEG在组分上是有差异的,但具体差异还有待研究。